Cisco

Rozdział 1. Podstawy komputerów

Po przestudiowaniu tego rozdziału będziesz mógł rozwiązywać zadania związane z:

•

podstawami sprzętu komputerowego

•

podstawami oprogramowania

•

systemem liczb binarnych

•

podstawową terminologią sieci

•

przepustowością cyfrową

Przedmowa

W tym rozdziale poznasz podstawowe składniki komputerów oraz rolę komputerów w
sieci. Nauczysz się podstaw sieci zaczynając od jej najbardziej podstawowego składnika
jakim jest komputer. Im więcej będziesz wiedział o komputerach tym łatwiej będzie Ci
zrozumieć sieci, ich budowę i strukturę.

By pomóc Ci zrozumieć rolę jaka odgrywają komputery w systemie sieciowym weź pod
uwagę Internet. Możesz myśleć o nim jak o drzewie, gdzie komputery są jak liście.
Komputery to źródła, a jednocześnie odbiorcy informacji, więc jednocześnie udostępniają
zasoby, jak i korzystają z nich w Internecie. Zauważ, że komputery mogą funkcjonować
bez internetu, ale internet nie może funkcjonować bez nich. Z upływem czasu
użytkownicy stają się coraz bardziej zależni od internetu.
Komputery będąc integralną częścią sieci spełniają pełnią kluczową rolę w świecie pracy.
Przedsiębiorstwa używają ich do różnych celów, ale także wykorzystują je do wspólnych
zadań. Używają serwerów do składowania ważnych danych i zarządzania kontami
pracowników. Używają arkuszy kalkulacyjnych do organizowania informacji finansowych,
edytorów tekstów do obsługi dokumentów i korespondencji, przeglądarek internetowych
by zapewnić dostęp przedsiębiorstwa do stron internetowych.
Mając to na uwadze zaczniesz dostrzegać inne zadania komputerów. Da Ci to podstawy
do nauki sieci.

1.1 Podstawy osprzętu komputerowego

1.1.1.

Główne komponenty komputera PC

Procesor

Pamięć Pamięć Interfejsy

operacyjna

masowa

Szyna

Każdy komputer posiada:

•

CPU: Procesor

•

Pamięć RAM, ROM, FLASH, EPROM

•

Pamięć masową: Stacja dyskietek, dysk twardy, CD-ROM, inne

•

Interfejsy: Port szeregowy, równoległy (wyprowadzenia z tyłu komputera)

Ponieważ komputery są ważnymi cegiełkami budującymi sieć ważne jest by umieć
rozpoznać i nazwać podstawowe części peceta.

Wiele urządzeń sieciowych to w zasadzie specjalizowane komputery, składające się z
wielu komponentów, które można znaleźć w normalnych pecetach. Jeśli chcesz
wykorzystywać swój komputer jako pewne narzędzie do zdobywania informacji, np.
sprawdzenia planu zajęć dostępnego w Internecie, to twój komputer będzie musiał być w
pełni sprawny, co znaczy, że będziesz musiał rozwiązywać proste problemy związane ze
sprzętem i oprogramowaniem. Powinieneś umieć rozpoznać, nazwać i znać podstawowe
funkcje następujących części peceta:

Małe, podstawowe układy:

-

tranzystor – urządzenie wzmacniające sygnał, otwierające lub zamykające obwód;

-

układ scalony – urządzenie wykonane z materiału półprzewodzącego zawierające
wiele tranzystorów i spełniające określone zadanie;

-

rezystor – urządzenie wykonane z materiału który wstrzymuje przepływ sygnału
elektrycznego;

-

koncentrator – układ elektroniczny gromadzący energię elektryczną pod postacią
pola elektrostatycznego, zawierający dwie przewodzące metalowe płytki
oddzielone izolatorem;

-

wtyczka – część kabla, którą wpina się w gniazda lub interfejsu;

-

dioda LED – urządzenie emitujące światło, gdy przepływa przez nie prąd
elektryczny.

Podsystemy komputera PC:

-

układ elektroniczny – cienka płytka, na której umieszczone są układy scalone i
inne elektroniczne komponenty;

-

płyta główna – główny układ elektroniczny komputera;

-

napęd CD-ROM;

-

procesor – (ang. Central Processing Unit lub CPU), jednostka obliczeniowa
komputera;

-

napęd dyskietek;

-

dysk twardy;

-

pamięć RAM – (pamięć do zapisu i odczytu), dane w niej zawarte istnieją tak
długo jak długo komputer jest zasilany, w razie utraty zasilania pamięć ta jest
kasowana;

-

pamięć ROM – (pamięć tylko do odczytu) jest zapisana raz, dane w niej zawarte
nie ulegają zniszczeniu gdy komputer odłączymy od zasilania;

-

porty rozszerzeń – można do nich dołączać nowe zasoby sprzętowe;

-

zasilacz;

-

jednostka systemowa – główna część komputera PC, zawiera obudowę, procesor,
pamięć, szyny i porty, ale nie zawiera monitora, klawiatury, ani innych urządzeń
peryferyjnych

Składniki drugoplanowe:

-

karta sieciowa – służy do podłączenia komputera do sieci;

-

karta graficzna;

-

karta dźwiękowa;

-

port szeregowy – może służyć do transmisji danych (tylko 1 bit może być
transmitowany na raz)

-

port równoległy – może służyć do transmisji danych (8 bitów może być
transmitowane na raz), można do niego podłączyć inne urządzenia np. drukarkę,
skaner;

-

port myszy – do podłączenia myszy;

-

kabel zasilania;

1.1.2. Przepływ danych w idealnym komputerze

Procesor

Pamięć Pamięć

Interfejsy

operacyjna

masowa

RAM,

ROM

HDD,

FDD,

NIC,Mouse

Szyna

Dane i energia elektryczna ciągle krążą po komputerze. Aby to lepiej zrozumieć należy
spojrzeć na komputer jak na miniaturową sieć, gdzie wszystkie urządzenia, które są
podłączone, komunikują się ze sobą. Jak pokazano na wykresie, wyszczególniamy kilka
ważnych typów strumieni informacji (prawie wszystkie informacje przepływają przy
użyciu szyny systemowej):

-

instrukcje startowe – trzymane w pamięci ROM, dopóki nie zostaną wysłane;

-

oprogramowanie – ładowane do pamięci RAM z nośników;

-

RAM i ROM – ciągle komunikują się z procesorem poprzez szynę;

-

dane aplikacji – trzymane w pamięci RAM gdy aplikacja jest używana;

-

informacje zapisywane – przepływa z pamięci RAM na nośniki (np. dyski twarde);

-

informacje wysyłane – przepływają z RAM lub CPU poprzez szynę i porty
rozszerzeń do drukarki, karty graficznej, karty muzycznej, lub karty sieciowej.

1.1.3. Związek między kartami sieciowymi a komputerami PC

Karta sieciowa (ang. Network Interface Card lub NIC) jest to układ elektroniczny
zapewniający komputerom możliwości komunikacji w sieci. Wkładana jest w gniazdo
rozszerzeń na płycie głównej i udostępnia ona gniazdo do podłączenia komputera do
sieci. W zależności od sieci w jakiej ma działać może być to karta do sieci Ethernet,
Token Ring, czy też FDDI (światłowodowej).

Kartę ta komunikuje się z siecią szeregowo, a z komputerem równolegle. Każda karta
wymaga przydzielenia przerwania (IRQ) i adresu wejścia/wyjścia (I/O), a także
rezerwowania adresu pamięci górnej, gdy działa w systemie operacyjnym DOS.
Przerwanie jest sygnałem wysyłanym do procesora w celu poinformowania, że wydarzyło
się cos godnego uwagi. Przykładem będzie naciśnięcie klawisza; wtedy procesor musi
umieścić naciśnięty symbol w pamięci RAM. Adres wejścia/wyjścia jest miejscem w
pamięci używanym do wprowadzania lub pobierania danych przez urządzenie. W
systemach bazujących na DOS-ie pamięć górna oznacza obszar pamięci między
pierwszymi 640 kilobajtami a megabajtem RAM.
Gdy wybierasz kartę sieciową, rozważ poniższe trzy czynniki:

1. Typ sieci (np. Ethernet, Token Ring, FDDI);
2. Tym medium transmisyjnego (np. skrętka dwużyłowa, kabel koncentryczny,

światłowód);

3. Typ szyny systemowej (np. PCI lub ISA).

1.1.4. Instalacja karty sieciowej w komputerze

Karta sieciowa pozwala na podłączenie komputera do sieci, więc jest kluczowym
komponentem. Od czasu do czasu może się zdarzyć, że będziesz musiał zainstalować
taką kartę. Może się tak zdarzyć gdy trzeba:

-

dodać kartę do komputera, który jeszcze jej nie ma;

-

wymienić wadliwą lub uszkodzoną kartę;

-

wymienić kartę 10Mb/s na szybszą 100Mb/s;

-

skonfigurować kartę poprzez przestawienie zworek (zworka jest metalowym
mostkiem zamykającym obieg elektryczny; zwykle jest to plastikowa nakładka na
parę metalowych bolców);

By przeprowadzić instalację powinieneś posiadać:

•

wiedzę o konfiguracji karty, czyli pozycja zworek, oprogramowanie plug-and-play,
zawartość pamięci EPROM (jest to typ pamięci, której zawartość wykasować można
jedynie światłem ultrafioletowym);

•

umiejętność przeprowadzenia diagnostyki karty, wliczając programy diagnostyczne
dostarczone przez producenta i tzw. Test pętli (loopback test); szczegóły powinny być
w dokumentacji karty;

•

umiejętność rozwiązywania konfliktów sprzętowych, mianowicie konfliktów przerwań
(IRQ), wejścia/wyjścia (I/O) i DMA (ang. Direct Memory Access – służy do
komunikacji między urządzeniem a pamięcią z pominięciem procesora).

1.1.5. Komponenty peceta kontra komponenty laptopa

Ponieważ komputery typu laptop, organizery etc. stają się coraz popularniejsze, ich także
dotyczą zagadnienia związane z siecią. Główną różnicą w przypadku laptopów jest to, że
części w tych komputerach są mniejsze i komputery te od łączenia się z siecią używają
kart sieciowych, modemów itp. wkładanych do portów rozszerzeń PCMCIA.

1.2 Podstawy oprogramowania komputerowego

1.2.1. Konfiguracja komputera podłączanego do sieci

Teraz, gdy macie już pojęcie o sprzęcie komputerowym, spójrzmy na drugi składnik –
oprogramowanie. Oprogramowanie ma na celu umożliwienie interakcji z komputerem i
zmuszenia go do wykonania tego, czego chce od niego użytkownik.
By zapewnić dostęp do sieci oprócz prawidłowego zainstalowania karty należy
skonfigurować oprogramowanie do korzystania z zasobów sieciowych. By o zrobić należy:

-

zainstalować sterowniki do karty sieciowej;

-

wybrać i zainstalować protokoły przesyłu danych;

-

skonfigurować protokoły;

-

skonfigurować przeglądarkę internetową;

-

inne czynności, gdy są konieczne.

1.2.2. Weryfikacja konfiguracji przeglądarki internetowej

Przeglądarka internetowa to aplikacja, która:

•

łączy się z serwerem stron WWW;

•

żąda odpowiedniej informacji;

•

otrzymuje informację;

•

wyświetla rezultaty na ekranie;

Jej działanie opiera się na interpretacji języka HTML i wykonywania poleceń w nim
napisanych. Wyświetla ona strony WWW zawierające tekst, grafikę, muzykę itp.
Hiperłącza (hyperlinks) – polecenia które są odnośnikami do innych miejsc w komputerze
lub w sieci (np. stron WWW lub innych plików).
Dwiema najpopularniejszymi przeglądarkami są Netscape Navigator i Microsoft Internet
Explorer.

Wtyczki
Istnieje również wiele specjalnych, inaczej mówiąc właściwych dla danego producenta,
typów plików, których standardowe przeglądarki nie są w stanie otworzyć. By je obejrzeć,
trzeba skonfigurować przeglądarkę do używania specjalnych „wtyczek”. Są to programy
działające razem z przeglądarką i umożliwiające przeglądanie plików specjalnych.
Przykładem takiej wtyczki może być Macromedia Flash.

1.3 Liczby binarne

Aby komputer mógł zrozumieć i wykonać daną operacje musi ona zostać przetłumaczona
na ciąg bitów (0 i 1), które reprezentują skoki napięcia elektrycznego w układzie (np. 0 –
brak napięcia, 1 – napięcie 5 V). Komputery nie używają systemu liczb dziesiętnych jak
ludzie, lecz zamieniają je na liczby binarne. Sposobem kodowania znaków w systemie
binarnym jest np. ASCII.
Bity (czyli 0 lub 1) są zestawiane w bajty (8 bitów), a jeden bajt może reprezentować
jeden znak w tablicy ASCII. Bajt w komputerach reprezentuje również pojedyncze,
możliwe do zaadresowania miejsce przechowywania danych.

System liczb dziesiętnych opiera się na liczbie 10, ponieważ używa dziesięciu symboli (od
0 do 9) do reprezentacji wszystkich możliwych liczb. Każda liczba zapisana w tym
systemie czytana od lewej jest reprezentowana jako iloczyn 10 do odpowiedniej potęgi i
występującej na danej pozycji cyfry.
np. 1234 = 1*10

3

+2*10

2

+3*10

1

+4*10

0

System liczb binarnych używa tylko dwóch cyfr do zapisu liczb 0 i 1.
np.10010111

Każda cyfra w tym zapisie przenoszona na zapis dziesiętny reprezentuje liczbę 2
podniesioną do odpowiedniej potęgi i pomnożona przez tą cyfrę.
np. 10110 = (1*2

4

)+ (0*2

3

)+ (1*2

2

)+ (1*2

1

)+ (0*2

0

)=16+0+4+2+0=22

Prostą metodą zmiany liczby dziesiętnej na binarną jest dzielenie liczby przez 2 z resztą
(wtedy zapisujemy 1) lub bez reszty (wtedy zapisujemy 0) np.
Zamienić liczbę 192 na zapis binarny:
192/2=96

reszta

0

96/2

=48

0

48/2

=24

0

24/2 =12

0

12/2

=6

0

6/2

=3

0

3/2 =1

1

1/2

=0

1

Liczbę binarną zapisujemy od dołu i mamy : 11000000
Zmiana w drugą stronę polega (jak w przykładzie wyżej) na mnożeniu odpowiednich cyfr
przez liczbę bazową 2 podniesioną do odpowiedniej potęgi. Tu również liczbę czytamy od
prawej do lewej, pierwsza pozycja to 2

0

, która zawsze daje 1.

np. liczba 01110000
0*2

7

+ 1*2

6

+ 1*2

5

+ 1*2

4

+ 0*2

3

+ 0*2

2

+ 0*2

1

+ 0*2

0

=112

1.4 Podstawowa terminologia sieci

Sieć to system skomplikowanych połączeń między obiektami czy też ludźmi. Sieci
występują wszędzie dookoła nas, nawet w nas np. system nerwowy, krwionośny.
Otaczają nas różne rodzaje sieci np. komunikacyjne, transportowe, socjalne etc.
Sieci do transmisji danych powstały jako wynik modyfikowania aplikacji pisanych na
potrzeby biznesu. Jakkolwiek w czasie pisania tych aplikacji instytucje biznesowe
posiadały komputery, które były pojedynczymi urządzeniami, działającymi osobno,
niezależnymi od innych komputerów. Z uwagi na nieefektywne wykorzystanie zasobów i
problemy z duplikowaniem danych, komunikacją i zarządzaniem zauważono, ze sieć
byłaby dużą oszczędnością pieniędzy i czasu. Potrzebowano rozwiązania, które
odpowiedziałoby na następujące pytania:
1. Jak uniknąć niepotrzebnego powielania sprzętu i zasobów?
2. Jak komunikować się wydajnie?
3. Jak wdrożyć i zarządzać siecią?

Firmy zauważyły jak dużo pieniędzy mogą zaoszczędzić i jak dużo zyskać na
produktywności przez zastosowanie technologii sieciowych. Zaczęto dodawać nowe sieci i
rozszerzać już istniejące prawie tak szybko, jak nowe technologie się pojawiały.

W połowie lat 80-tych wykorzystanie sieci narastało, jednak pojawiły się problemy z
niekompatybilnością z uwagi na stosowanie różnych rozwiązań sprzętowych protokołów
przesyłu danych i aplikacji. Wczesnym rozwiązaniem było stosowanie sieci LAN (Local
Area Network – sieć lokalna), jednak mimo iż rozwiązanie to pozwalało w sposób
efektywny wykorzystywać komputery i inne urządzenia (np. drukarki) w jednym budynku
czy instytucji nadal był on wyspą odciętą od świata.
Rozwiązaniem tego problemu było tworzenie sieci miejskich (MAN Metropolian Area
Network) oraz sieci rozległych (WAN) obejmujących swoim zasięgiem nie tylko miasta ale
duże przestrzenie np. kontynenty.
Sieć lokalna i urządzenia w niej stosowane:
Sieci lokalne są projektowane do:

•

obejmowania zasięgiem na ograniczonej przestrzeni

•

obejmują wielodostępowość i szybki transfer danych

•

zapewniają prywatność i ochronę danych

•

zapewniają ciągły dostęp do urządzeń sieciowych

•

łączą blisko położone urządzenia

By to zapewnić do budowy sieci potrzeba:

-

routerów

-

przełączników

-

hubów

-

mostów

-

itp.

Sieć lokalna łączy komputery za pomocą kart sieciowych i wyżej wymienionych urządzeń
zapewniających kontrolę przepływu danych, współdzielenie danych i urządzeń i
komunikację między urządzeniami.

Do budowy sieci rozległych należy użyć nieco innych urządzeń zapewniających
odpowiedni przepływ danych na dużych odległościach i pozwalających na łączenie dużej
ilości często niekompatybilnych ze sobą komputerów. Niesie to za sobą niestety spadek
szybkości przesyłania. Sieci rozległe to łączone ze sobą sieci LAN, pozwalające na dostęp
do zasobów w odległych lokacjach.

1.5 Cyfrowa szerokość pasma

Do opisu sieci stosuje się pojęcie szerokości pasma (bandwidth). Terminem tym opisuje
się ilość informacji jaka może być przesłana przez sieć w jednostce czasu. Podstawową
jednostką przesyłaną przez sieć jest bit informacji, w zestawieniu z czasem mierzonym w
sekundach otrzymujemy miarę przepustowości sieci: bps (bits per second, czyli bity na
sekundę).
1kbps = 1,000 bps
1Mbps = 1,000,000 bps

1Gbps = 1,000,000,000 bps
Sieć i uzyskiwaną w niej szerokość pasma można porównać do ilości wody przepływającej
przez rury o różnym przekroju – im szersza rura tym więcej wody może przez nią

przepłynąć w jednostce czasu, czy też do ulic i autostrad o różnej szerokości, lub jakości
dźwięku w wieży muzycznej.
Typowa szerokość pasma uzyskiwana przy zastosowaniu różnego rodzaju okablowania:

Typ kabla (norma)

Przepustowość Max

długość kabla

Cienki ethernet 10Base2
Ethernet 10Base5

Nieekranowana skrętka 10BaseT
Ekranowana skrętka 100Base-TX
Światłowód 100Base-FX
Światłowód 100Base-LX

Bezprzewodowo

10-100 Mbps
10-100 Mbps

10 Mbps
100 Mbps
100 Mbps
1000 Mbps

10 Mbps

185 m
500 m

100 m
100 m
2000 m
3000 m

100 m

Szerokość pasma jest limitowana przez ograniczenia wynikające z cech fizycznych
materiałów użytych do wykonania sieci i stanu zaawansowania technologii.
Mimo iż teoretycznie przepustowość sieci powinna utrzymywać się na stałym,
wynikającym z zastosowanej technologii poziomie, na szybkość przesyłania w sieci mają
także wpływ takie czynniki jak:

-

typ przesyłanych danych

-

topologia sieci

-

liczba zalogowanych w danej chwili użytkowników

-

obciążenie serwera

Dlatego też przy projektowaniu sieci ważne jest by odpowiednio dobrać szybkość
teoretyczną mając na uwadze jej „spadki” w czasie użytkowania.

Przepustowość danych w odniesieniu do cyfrowej szerokości pasma
Wyobraź sobie, że jesteś szczęściarzem i dostałeś nowiutki modem kablowy, lub twój
sklep zainstalował sobie linię ISDN, lub twoja szkoła właśnie otrzymała 10-cio
megabitową, ethernetową sieć LAN. Wyobraź sobie, że film, który chcesz obejrzeć, strona
internetowa którą otwierasz, lub program, który ściągasz, płynie z sieci się jak żółw. Czy
wierzysz, że używasz całej szerokości pasma, która była zachwalana? Jest jeszcze jedno
ważne pojęcie, które musisz zrozumieć – przepustowość (ang. throughput).

Przepustowość odnosi się do rzeczywistej, zmierzonej szerokości pasma o danej porze
dnia, przy wykorzystaniu danej ścieżki internetowej, podczas ściągania konkretnego
pliku. Niestety, z wielu powodów przepustowość jest często dużo niższa niż maksymalna
cyfrowa szerokość pasma w medium, które jest wykorzystywane. Niektóre z czynników,
które określają przepustowość i szerokość pasma to:

•

urządzenia połączeniowe;

•

typ przesyłanych danych;

•

topologia sieci;

•

ilość użytkowników;

•

komputer użytkownika;

•

serwer;

•

wahania i zaniki napięcia powodowane m.in. przez warunki pogodowe.

Gdy planuje się sieć, ważnym zagadnieniem jest teoretyczna szerokość pasma. Sieć nie
będzie działać szybciej niż pozwolą na to media transmisyjne. Podczas faktycznej pracy w
sieci, trzeba z kolei mierzyć przepustowość i decydować, czy jest ona wystarczająca dla
użytkowników.
Obliczenia czasu transferu plików
Ważna część zagadnień sieciowych dotyczy wyboru mediów transmisyjnych do budowy
sieci. To często prowadzi do pytań o przepustowość, jaka jest wymagana przez programy
użytkowników. Przybliżony sposób jej obliczania (nie uwzględniający kilku uprzednio
wymienionych czynników) przedstawia się następująco).
Najlepszy czas transferu = S / BW

Typowy czas transferu = S / P
BW – maksymalna teoretyczna szerokość pasma najpowolniejszego odcinka sieci łączącej
dwa węzły;
P – aktualna przepustowość w momencie transferu;

S – rozmiar pliku w bitach.
Znaczenie szerokości pasma
1. Jest ograniczona.

2. Może prowadzić do oszczędności pieniężnych.
3. Jest kluczowym miernikiem projektu i wydajności sieci.
4. Jest kluczem do zrozumienia internetu.
5. Zapotrzebowanie na nią stale rośnie.